振动对水泵站离心泵机械密封性能影响的研究

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　　摘要：本文主要针对在水泵站广泛应用的离心泵机械密封应用，从离心泵构造和外部运行环境方向，分析四种振源对离心泵机械密封性能的影响并提出相应对策，对水泵站离心泵的稳定运行，具有现实的经济和安全意义。
　　关键词：振动 机械密封 性能影响
　　机械密封由于具有泄漏量低及不须日常维护的特点，目前在各工业领域广泛取代了压盖软填料密封。在水泵站，对于转动轴的密封，机械密封是最为通用的密封类型，在离心泵等转动机械设备上应得到大量应用。离心泵是水泵站主要辅助机械设备，而振动是水泵站离心泵等机械设备的主要危害之一。过度的振动势必降低机械设备寿命，因此对离心泵健康运行非常重要的一点，是对各种振源的振幅和频率做出正确的评估，以判断这些振动对离心泵机械密封性能的影响，并进而采取相应的对策。对离心泵机械密封性能有影响的振动，从离心泵构造本身和外部运行环境方向来分析，其振源对性能影响及相关对策可以归纳为以下的四个方面。
　　1、 离心泵的基本构造部件引起的振动
　　离心泵的基本构造部件是由五部分组成的，分别是：叶轮，泵体，泵轴，轴承，机械密封，并通过外部动力如电机、汽轮机或燃气轮机驱动。转动部件不平衡、叶轮与转动轴不同心、轴承缺陷、转子制作质量粗糙、叶片及轴上其他部件组装不良引起松动等任何一个或几个原因组合都可能导致离心泵泵轴的振动。装在泵轴上的机械密封在运行过程中经受着不同的振动频率，低时可能在离心泵的转速以下，最高则可能达到每秒数千次。通过振动监测装置可以测得上述不同振源的单个振动频率是不同的，若振动频率刚好与机械密封弹性元件中的弹簧或波纹管的固有频率相吻合，则机械密封会出现异常磨损或疲劳损伤。当然，造成这种损伤还可以有其他因素，目前还没有充分的数据支持将其完全归结为机械密封的振动而造成的。
　　要避免共振的产生，在机械密封的设计时必须保证可预测的共振频率不要与激励频率重合，并应采取可靠的减振措施；设计的临界转速不能与工作转速太过接近而存在引起共振产生的因素； 在正常的运行状态下，安装误差应减至最小，因为这些误差会导致机械密封弹簧装置的位移；转子也要求要达到充分平衡。垂直安装的轴，轴上的滚动轴承承受的载荷应足以使滚动件打滑的可能性减至最小。
　　2、 由于离心泵机械密封制造和安装原因产生的振动
　　机械密封动静二个部件之间的密封端面贴合度如何不仅影响到密封效果，更影响到密封的运行稳定性和使用寿命。离心泵机械密封的密封端面如果不能保证很好的贴合性，那么机械密封的稳定性就会受到影响，其影响的程度不仅取决于机械密封的具体结构，也取决于机械密封的运行参数。机械密封转动部件每旋转一周，其补偿环都要作相应的运动以保证密封端面贴合性。与作用在辅助密封上的效果相类似，特别对于滑动辅助密封件如O形圈等，在制造及安装过程中应将密封上的载荷将沿圆周均匀分布，防止不受载荷或受载荷较轻的一侧发生液体泄漏，而受载荷的一侧却发生过度磨损。泄露会使流体中的磨粒渗到断面液膜中，从而加速密封端面的磨损，并最终使密封失效。密封件在加工过程和设计过程中要尽量减少不平衡因素，例如单弹簧就会造成不平衡。尤其在制造粗糙或密封件传递的动力具有尾随脉冲情况时，更需要注意不平衡问题。
　　采用内装式机械密封时，作用在机械密封上的另一种力常常是由泵送介质的自循环造成的。为确保机械密封性能，应设计成为自循环流体从两密封端面的外测流过。一旦流量过大，作用在密封环上的压力也可能会使密封端面错位从而影响到密封效果。为减轻振动的影响，可采用使自循环的流体由切向入口，或者使自循环流体沿密封四周流动。如果实际情况允许，循环流量可以通过密封腔内衬套的配合间隙加以控制，或者将密封腔内的吸入管和排出管反接，使流向改变而形成逆循环。
　　3、 离心泵在正常运行和受到扰动情况下运行时所产生的振动
　　离心泵在运行时，其转子及机械密封会受到液力振动产生的影响。当离心泵的流量发生变化时，叶轮入口处流体流动包括轴向与径向二方面的稳定性都会产生波动。若离心泵不是在最佳效率下运行，叶轮入口及扩压管处的流体压头就可能会增大；低于或高于最佳效率点的流量时，则可能产生气蚀现象。离心泵入口处介质的流动还会受到离心泵内介质自循环的干扰，一旦出现磨损，流过内部缝隙的流量就会增加，对入口处介质流动的干扰也会增大。当离心泵在非满负荷工况下运行时，叶轮上的径向力就会增大并会传递到机械密封上，转子系统的机械振动及作用在密封上的压力状况的变化所引起的振动的振幅与频率都是随机的。所以，在设计系统和选择离心泵时，应尽量避开非满负荷运行状态，使其在接近最高效率的状态下运行，并保证离心泵在负压情况下工作稳定。离心泵的叶轮直径较大时，还必须考虑叶片的应力的影响。
　　4、 由于运行环境中温度和压力的变化使离心泵发生变形而5、 产生的振动
　　在离心泵运行条件下，当温度发生变化时离心泵会因为温度升高而出现热变形，从而影响到离心泵相对于驱动装置会发生偏移，离心泵的各部件也会发生变形，最终导致机械密封端面的变形。如果没有采取相应的措施，连接管路的热膨胀会向离心泵施加很大的载荷。温度变化对离心泵壳体和转子的影响程度也不一样，一般情况下转子的膨胀与收缩要比壳体迅速，影响到密封面间隙的变化。当运行温度发生波动时，机械密封除了要承受由于部件错位而产生的旋转振动外，还要承受低频率大振幅的振动。由于机械密封的动静二部分分别固定在壳体上和转轴上，所以必须有吸收这两种不同振动的能力。
　　与温度变化造成离心泵变形相类似，压力变化也能使离心泵泵体发生变形，从而对机械密封产生干扰。当密封腔内的压力发生变化时，作用在密封端面上的载荷也随之发生变化，影响了机械密封运行的稳定性及运行寿命。
　　
　　水泵站是离心泵及其机械密封的大量使用者，但是普通的离心泵用机械密封使用者很难定量地确定各种振源对机械密封性能的影响，但可以振源的定性分析做出相应的防范措施。机械密封是离心泵的一个主要部件，但同时更受到复杂的离心泵系统制约。因此在分析各机械密封装置时，不应单纯把密封件看作安装在轴上的一个部件，应考虑从整个系统进行分析。通过分析确定对影响离心泵机械密封性能的各种振源的形成原因及制定事故预案并采取有效的措施，将使离心泵相关系统运行更为稳定，减轻水泵站运行维护工作量，具有现实的安全和经济意义。
　　

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